Lesson 27: C# 15 — 集合表达式参数 Collection Expression Arguments

.NET 11 Preview · with(...) 向集合构造器传参 · 一行指定容量/比较器

〇、「[] 很好，但我还想传个参数」 The Missing Piece

C# 12 的集合表达式 [1, 2, 3] 统一了四种集合创建语法——一个方括号打天下。但它有一个盲区：

核心张力：集合表达式让创建集合变得简洁——但一旦你需要指定容量、比较器、或任何构造函数参数，你就被踢出方括号世界，回到 new T() { } 的旧语法。C# 15 的 with(...) 元素填上了这个缺口。

一、基本语法——方括号的第一个元素 with(...) as First Element

1.1 看代码——一眼懂

// ──── C# 12：创建 List，想预分配容量？对不起，方括号做不到 ────
List<string> old = new List<string>(100) { "a", "b", "c" };  // new + 花括号——旧时代语法

// ──── C# 15：with(capacity: ...) 作为方括号的第一个元素 ────
List<string> names = [with(capacity: 100), "a", "b", "c"];
// ↑ with(...) 必须是第一个元素——语义上先构造、再填充

// ──── HashSet 指定比较器——在此之前做不到 ────
HashSet<string> set = [with(StringComparer.OrdinalIgnoreCase), "Hello", "HELLO", "hello"];
// set.Count == 1——OrdinalIgnoreCase 下三个字符串相等

// ──── 结合 spread——容量预分配 + 批量复制 ────
string[] source = ["one", "two", "three"];
List<string> result = [with(capacity: source.Length * 2), .. source];
// 先分配 source.Length*2 的容量，再 spread 复制——一步到位

1.2 只改了一个词——和 C# 12 的兼容性

// with(...) 出现前，这些全部合法：
int[] a = [1, 2, 3];         // 数组——with() 不适用，不支持
Span<int> b = [1, 2, 3];      // Span——with() 不适用，不支持
List<int> c = [1, 2, 3];    // List——现在可以加 with()，也可以不加

// 如果有一个叫 with 的方法：
object with(int x, int y) => ...;
object[] d = [with(1, 2), 3];  // C# 14: 调用 with(1,2)，数组含两个元素
                                    // C# 15: 编译错误——object[] 不支持 with()

C# 15 中，只要 token 序列以 with( 开头，编译器就把它解析为 with_element。如果目标类型不支持参数（数组、Span），即使空 with() 也会报错。这和 C# 14 是 breaking change——仅在编译时指定 C# 15 语言版本时生效。

二、三条通路——编译器如何分发 with() 的参数 Three Construction Pathways

with(...) 的参数去哪了？取决于目标类型：

2.1 通路①：构造函数——最常用

// List<T> 有三个构造函数。编译器根据 with() 参数做重载决议：
List<int> l;

l = [with(capacity: 3), 1, 2];   // → new List<int>(capacity: 3)
l = [with([1, 2]), 3];            // → new List<int>(IEnumerable<int> collection)
l = [with(default)];                   // ❌ 歧义——default 匹配多个构造函数

2.2 通路②：CollectionBuilder——工厂方法也能接参数

// 自定义集合类型——通过 [CollectionBuilder] 指定工厂方法
[CollectionBuilder(typeof(MyBuilder), "Create")]
class MySet<T> : IEnumerable<T> { ... }

class MyBuilder
{
    public static MySet<T> Create<T>(ReadOnlySpan<T> elements);
    public static MySet<T> Create<T>(IEqualityComparer<T> comparer, ReadOnlySpan<T> elements);
    // ↑ 注意：span 参数必须是最后一个——with() 参数在它之前
}

// 使用——with() 的参数传给 comparer，元素传给 span
MySet<string> set = [with(StringComparer.OrdinalIgnoreCase), "a", "b"];
// → MyBuilder.Create<string>(StringComparer.OrdinalIgnoreCase, ["a", "b"])

编译器按"去掉 span 参数后的投影方法"做重载决议。Create 方法可以有多个重载——每个重载的 span 参数之前可以有不同数量和类型的额外参数。

2.3 通路③：接口类型——编译器替你选实现

// IList<T> / ICollection<T> → 背后用 List<T>，with() 参数映射到 List<T> 构造函数
IList<int> list = [with(capacity: 4), 1, 2, 3];
// → new List<int>(capacity: 4) { 1, 2, 3 }

// IDictionary<K,V> → 背后用 Dictionary<K,V>
IDictionary<string, int> d = [with(StringComparer.Ordinal), "a": 1];
// → new Dictionary<string, int>(StringComparer.Ordinal) { ["a"] = 1 }

// IReadOnlyDictionary<K,V> → 只能用 comparer 参数
IReadOnlyDictionary<string, int> r = [with(StringComparer.Ordinal)];
// ✅ comparer 参数——控制 key 比较语义
r = [with(capacity: 2)];
// ❌ 编译错误——IReadOnlyDictionary 不支持 capacity 参数

三、性能——容量预分配的价值 Performance: Capacity Pre-allocation

3.1 之前：写不出，只好多花钱

// C# 12：想把 spread 的元素放进 List，但没法预分配容量
List<string> names = [.. values];
// 等价于：new List<string>()（默认容量 4），然后逐个 Add
// values 有 100 个元素 → List 内部数组扩容 log₂(100/4) ≈ 5 次
// 每次扩容：分配新数组 + 拷贝所有已存在的元素

3.2 之后：一行搞定

// C# 15：with(capacity:) 直接传给构造函数——编译器不做额外工作
List<string> names = [with(capacity: values.Length), .. values];
// 等价于：new List<string>(values.Length)，内部数组一次性分配够
// 零次扩容——values.Length 个元素直接塞进预分配的空间

四、正确性——比较器指定 Correctness: Comparer Specification

// 常见 bug：忘了给 HashSet 传比较器——默认区分大小写
HashSet<string> names = ["Admin", "admin"];  // Count == 2——两个值不等

// C# 15：比较器放在 with() 里，和元素写在一起——不容易忘
HashSet<string> names = [with(StringComparer.OrdinalIgnoreCase), "Admin", "admin"];
// Count == 1——OrdinalIgnoreCase 下 Admin == admin

为什么 with() 放第一个位置能减少 bug：如果一个 100 行的字典表达式在末尾才标注比较器，你很可能看不到它——或者更糟：加了 99 个元素之后才发现比较器写错了。放在开头强迫读者（和写者）先想清楚"这个集合用什么样的相等/排序？"再往里塞东西。

五、边界与限制 Restrictions & Edge Cases

六、为什么是 with？——设计考量 Why "with"?

设计团队考虑了多种语法——最终 pick with(...) 有明确的取舍：

七、测验 Quiz

八、总结 Summary

九、下一步 Next: Memory Safety Evolution

C# 15 集合表达式参数填上了 C# 12 方括号语法的最后一块拼图。下节课转向 C# 15 的内存安全演进：

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